先沖孔再修孔后切斷的鏈板級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)*

刁中華

(江蘇大力神鏈傳動(dòng)有限公司，江蘇 泰州 225324)

0 引言

某攤鋪機(jī)鏈條的鏈板，毛坯采用熱軋扁鋼，原來每月產(chǎn)量約30 000件，原工藝采用分工序，即切斷、沖孔、修孔3道，生產(chǎn)效率較低，質(zhì)量也不穩(wěn)定。近兩年由于工程機(jī)械行業(yè)形勢(shì)持續(xù)向好，需求大幅增長(zhǎng)，這種鏈板現(xiàn)在每月需求產(chǎn)量為80 000件左右，全年可達(dá)1 000 000件。原有的生產(chǎn)效能已不適應(yīng)市場(chǎng)需求，需要設(shè)計(jì)一套級(jí)進(jìn)模提高生產(chǎn)效率。

1 工藝分析

如圖1所示的鏈板工件毛坯為符合GB704-88的熱軋扁鋼，長(zhǎng)度為6 m定尺，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45Mn，直線度小于2.5 mm/m、硬度小于HB217；[1]工件為對(duì)稱形狀，兩端為圓弧R30，兩孔直徑為15.9 mm，中心距為(79.8±0.1)mm，平面度小于0.4 mm。采用先沖孔再修孔后切斷的三工步級(jí)進(jìn)模。沖兩孔沖裁力為P沖=KLtτ=1.3×2×14.6 mm×3.14×8 mm×600 N/mm2=572 133 N；修兩孔沖裁力為P整=L(δ+ktn)τ=15.8 mm×3.14×2×(1.2+0.1×8×8)mm×600 N/mm2=452 461 N；切斷沖裁力為P斷=KLtτ=1.3×110 mm×8 mm×600 N/mm2=686 400 N；總的沖裁力P總=1 710 994 N[2]?？紤]借用現(xiàn)有沖床JA21-160，將切斷凸模做成斜刃，切斷沖裁力降低30%，修正后切斷沖裁力P斷修正=P斷×0.7=686 400 N×0.7=480 480；另外，卸料力為總沖裁力的3%左右，JA21-160沖床完全滿足沖裁力要求。經(jīng)計(jì)算，模具壓力中心在修孔凹模芯中心偏左約9 mm。沖孔凸模直徑14.6 mm，沖孔凹模刃口直徑15.6 mm，沖裁間隙1 mm，修孔凸模直徑15.8 mm，修孔凹模直徑16.0 mm，切斷凸、凹模間隙取1 mm。側(cè)面定位兩點(diǎn)距離及位置的選擇，較高精度熱軋扁鋼其直線度小于2.5 mm/m，兩點(diǎn)定位距離應(yīng)適宜。當(dāng)側(cè)面定位兩點(diǎn)距離為250 mm時(shí)，經(jīng)計(jì)算其直線度就小于0.16 mm；當(dāng)側(cè)面定位兩點(diǎn)距離為100 mm時(shí)，經(jīng)計(jì)算，其直線度就小于0.025 mm；當(dāng)側(cè)面定位兩點(diǎn)距離為138 mm時(shí)，經(jīng)計(jì)算，其直線度就小于0.05 mm，即工步一與工步二沿扁鋼寬度方向的定位不重合誤差最大為0.05 mm。因沖孔凹模刃口直徑15.6 mm，而修孔凸模直徑15.8 mm，可保證孔15.9 mm在厚度上全部修出。

圖1 鏈板零件示意

2 工步設(shè)計(jì)

該零件形狀對(duì)稱簡(jiǎn)單，毛坯為板厚8 mm寬45 mm的熱軋扁鋼，工件長(zhǎng)度為128 mm，零件切斷的搭邊大了浪費(fèi)材料，小了切斷凸模的強(qiáng)度又不足，最后確定搭邊為10 mm，這樣步距確定為138 mm。工步分解如圖2所示： 工步一先沖兩孔，工步二再修兩孔并切出零件一端的圓弧，工步三切斷分離零件。

圖2 工步分解示意

3 模具結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)要點(diǎn)設(shè)計(jì)

3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3為鏈板的沖孔、修孔、切斷級(jí)進(jìn)模。上模部分： 模柄1、聯(lián)結(jié)板36、聚氨酯橡膠34、側(cè)板3、導(dǎo)向板2、頂板33、頂桿4、上模板7、導(dǎo)套6、上墊板9、襯板10、凸模固定板26、沖孔凸模8、修孔凸模11、切斷凸模25、小導(dǎo)柱24、卸料板13、定距套27、接近鐵板30、螺釘5、31、32、35等；下模部分： 凹模固定板21、沖孔凹模芯19、修孔凹模芯20、切斷修孔組合凹模芯22、小導(dǎo)套23、滾輪37、滑塊38、滾輪軸15、彈簧46、氣缸41、氣缸座40、氣缸聯(lián)結(jié)板42、側(cè)頂桿39、端定位塊44、端定位導(dǎo)向座43、切斷定位塊47、接近開關(guān)支架29、接近開關(guān)28、下墊板16、下模板18、導(dǎo)柱17、墊片14、螺釘12、45等。

1—模柄；2—導(dǎo)向板；3—側(cè)板；4—頂桿；5—螺釘；6—導(dǎo)套；7—上模板；8—沖孔凸模；9—上墊板；10—襯板；11—修孔凸模；12—螺釘；13—卸料板；14—墊片；15—滾輪軸；16—下墊板；17—導(dǎo)柱；18—下模板；19—沖孔凹模芯；20—修孔凹模芯；21—凹模固定板；22—切斷修孔組合凹模芯；23—小導(dǎo)套；24—小導(dǎo)柱；25—切斷凸模；26—凸模固定板；27—定距套；28—接近開關(guān)；29—接近開關(guān)支架；30—接近鐵板；31—螺釘；32—螺釘；33—頂板；34—聚氨酯橡膠；35—螺釘；36—聯(lián)結(jié)板；37—滾輪；38—滑塊；39—側(cè)頂桿；40—?dú)飧鬃?1—?dú)飧祝?2—?dú)飧茁?lián)結(jié)板；43—端定位導(dǎo)向座；44—端定位塊；45—螺釘；46—彈簧；47—切斷定位塊圖3 模具裝配示意

如圖4所示，該模具因制件較長(zhǎng)、較厚，導(dǎo)致模具外形結(jié)構(gòu)尺寸較大，為保證沖壓的平穩(wěn)性，采用了四導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，同時(shí)為保證模具的剛性，下模板18的厚度達(dá)80 mm，上模板7的厚度達(dá)60 mm，聯(lián)結(jié)板36和上模板7通過導(dǎo)向板2聯(lián)結(jié)成剛性整體，以承載沖裁力；為保證彈壓卸料板13的平穩(wěn)性和對(duì)沖孔凸模8、修孔凸模11、切斷凸模25的導(dǎo)向精準(zhǔn)性，其上也布置了6個(gè)小導(dǎo)柱24；為防止修孔凸模11在沖壓過程中松動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)使油孔堵塞，采取了削扁的防轉(zhuǎn)措施。所有的凹模芯均未設(shè)計(jì)防止向上位移的臺(tái)階結(jié)構(gòu)[3-4]，主要考慮到以下3種情況： 一是將凹模芯與凹模固定板21采用小過盈配合；二是沖壓時(shí)彈壓卸料板始終壓住扁鋼并壓在凹模芯上；三是便于維修、刃磨凹模芯。

圖4 模具三維圖

3.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

圖5 定位部分三維圖

如圖5所示，第一組定位滾輪點(diǎn)位置選在兩沖孔模芯的中間，第二組定位滾輪點(diǎn)位置選在修孔模芯的中間。初始工步一側(cè)面定位時(shí)，用第一組定位滾輪點(diǎn)，以及在第一組定位點(diǎn)向右100 mm處設(shè)置的初始定位滾輪點(diǎn)；工步二側(cè)面定位時(shí)，用第一組定位滾輪點(diǎn)和第二組定位滾輪點(diǎn)，初始定位滾輪通過彈簧產(chǎn)生約100 N壓緊力，在外力大于100 N壓緊力時(shí)，允許初始定位滾輪向后擺動(dòng)0.5 mm，初始定位滾輪將失去作用，防止過定位。工步三側(cè)面定位時(shí)，仍用第一組定位滾輪點(diǎn)和第二組定位滾輪點(diǎn)，在工步三的一側(cè)設(shè)有兩個(gè)終定位滾輪點(diǎn)，通過彈簧產(chǎn)生約100 N壓緊力，在外力大于100 N壓緊力時(shí)，允許終定位滾輪向后擺動(dòng)0.5 mm，終定位滾輪也將失去作用。當(dāng)單根扁鋼沖壓快完成而工步二無料時(shí)，直接將扁鋼一側(cè)送到兩個(gè)終定位滾輪點(diǎn)，即可完成側(cè)面兩點(diǎn)定位。

沖壓的零件厚度達(dá)8.0 mm，沖孔直徑只有14.6 mm，采用的是彈壓卸料，如將聚氨酯橡膠放置于凸模固定板與卸料板之間，沖孔凸模長(zhǎng)，會(huì)比較容易折斷。為保證沖頭的剛性，將聚氨酯橡膠移至上模板的上面，聚氨酯橡膠直徑100 mm，厚度80 mm，共放置6塊，壓縮30%時(shí)，6塊聚氨酯橡膠產(chǎn)生6 t的彈力[5-6]。

如圖6所示，零件的中心距要求較高，彈壓卸料板在6個(gè)小導(dǎo)柱上平穩(wěn)滑動(dòng)，彈壓卸料板除起卸料作用外，還為所有凸模起到導(dǎo)向護(hù)套的作用[7-8]，為減少凸模與卸料板的接觸面磨損，增加精沖油流淌到修孔凸模刃口處的長(zhǎng)度，凸模與卸料板的圓周配合面為6段均布的長(zhǎng)約2 mm圓弧，兩者的間隙約0.02 mm，其余間隙約0.5 mm。

圖6 卸料板三維圖

如圖7所示，因沖孔、修孔、切斷凹模的磨損程度不一樣，為便于凹模的維修、刃磨、更換，采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，其中切斷凹模與其中的一個(gè)修孔凹模組合在一起，提高了組合凹模整體的強(qiáng)度[9]。在修磨刃口以后，在鑲嵌凹模芯下面墊上一定厚度的墊片，保證所有的凹模芯處于同一平面。

因?yàn)槊颗牧系膶挾仍谲堉茣r(shí)有公差，為保證零件兩孔基本居中，通過調(diào)整定位滾輪定位處的尺寸大小來實(shí)現(xiàn)。

圖7 切斷修孔組合凹模芯三維圖

在沖床旁邊設(shè)有離地面高度約2 m的體積約30 dm3的精沖油箱，通過金屬軟管接頭與修孔凸模固定板上油路連接，管路上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥[10]，如圖8所示，修孔凸模距刃口向上15，20， 25 mm圓周上分別設(shè)有8個(gè)均布的徑向小孔共24個(gè)(圓周360°上每孔間隙為45°)，上、下相鄰的孔錯(cuò)位15°，精沖油沿徑向油孔向下流淌潤(rùn)滑、冷卻修孔凸模刃口，提高了修孔凸模使用壽命。

圖8 修孔凸模三維圖

3.3 模具工作過程

沖床滑塊處于上死點(diǎn)時(shí)，將扁鋼送至沖孔工步端部定位塊處，側(cè)面靠到第一組固定定位滾輪和初始定位滾輪兩點(diǎn)處，滑塊下行至行程160 mm的一半左右時(shí)，接近開關(guān)靠近接近鐵板，氣動(dòng)閥得電，氣缸活塞伸出，帶動(dòng)氣缸聯(lián)結(jié)板頂向側(cè)頂桿，推動(dòng)活動(dòng)定位滾輪壓緊扁鋼側(cè)面；滑塊繼續(xù)下行，卸料板壓住扁鋼，開始沖孔，上模頂桿頂住頂板，聚氨酯橡膠被壓縮；滑塊行程到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)，沖孔結(jié)束，滑塊回程，聚氨酯橡膠彈性恢復(fù)，卸料板將工件從沖孔凸模上脫開；滑塊繼續(xù)上行至行程一半左右時(shí)，接近開關(guān)離開接近鐵板，氣動(dòng)閥失電，氣缸活塞縮回，活動(dòng)定位滾輪松開扁鋼；滑塊回到上死點(diǎn)，完成一個(gè)循環(huán)。將扁鋼前移至修孔端定位塊，重復(fù)上述過程，修孔并切出鏈板一端圓弧，滑塊再次回到上死點(diǎn)；將扁鋼前移至切斷定位塊，重復(fù)上述過程，外鏈板半成品從扁鋼上切斷分離，在重力作用下從漏料孔落下。

4 制件經(jīng)濟(jì)性分析

原鏈板加工工序分為切斷、沖孔、修孔3步，采用160 t沖床切斷，每班產(chǎn)量8 000件，人工工資、設(shè)備及模具折舊、電費(fèi)、管理費(fèi)等，切斷工序折算后每件制造成本達(dá)0.15元；采用100 t沖床沖孔，每班產(chǎn)量6 000件，沖孔工序折算后每件制造成本達(dá)0.20元；采用63 t沖床修孔，每班產(chǎn)量7 200件，修孔工序折算后每件制造成本達(dá)0.15元，累計(jì)每件制造成本達(dá)0.50元。而現(xiàn)在采用級(jí)進(jìn)模加工，每班產(chǎn)量8 000件以上，折算后每件制造成本為0.20元。級(jí)進(jìn)模比原分工序加工的制造成本每件可節(jié)約0.3元，全年按100萬件計(jì)算可節(jié)約成本約30萬元。

5 結(jié)論

該級(jí)進(jìn)模經(jīng)過近1.5年的沖壓生產(chǎn)，累計(jì)完成產(chǎn)量超過1 200 000件，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。